[發(fā)明專利]一種輻照條件下介質材料微波介電性能測試方法

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• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111505387A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設計）人: 向鋒;李建壯;熊剛;張波;郭永釗;董亦鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發(fā)明公開了一種輻照條件下介質材料微波介電性能測試方法，本發(fā)明采用固定腔長法測量輻照條件下的微波介質材料的微波介電性能，不需要調節(jié)腔體的長度，使系統(tǒng)結構更加簡單。通過半開放結構采用電子槍或伽馬射線源設備，把輻射源固定在一定的角度位置，使輻射粒子方便準確的打到被測樣品上，利用諧振法的基本測試原理實時測試輻照強度、劑量等參數(shù)對介質材料介電性能的影響，滿足了模擬空間環(huán)境實時測試要求。由于準光腔屬于開放腔，輻射源設備比較容易安裝，本發(fā)明具有結構簡單、操作方便、價格低廉、效率高、精確度高等優(yōu)點，可以很好的在輻射條件下，進行微波介質材料的微波介電性能的測試，從而有利于研究航天器微波器件受輻照條件的影響。

技術領域

本發(fā)明涉及微波測試技術領域,包括但不限于微波介質材料及其在輻照條件下微波介電性能的實時測試。

背景技術

隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，采用高性能的微波介質材料的新型微波器件可有效降低器件的尺寸和重量，有利于衛(wèi)星高性能化和小型化，在航天器中得到越來越多的應用。航天器在軌故障分析表明，盡管航天器故障表現(xiàn)形式多種多樣，但除設計缺陷外，大多是由于所使用的材料、元器件在以輻照、溫度等為代表的空間環(huán)境作用下發(fā)生性能退化而誘發(fā)的。因此，微波介質材料的介電性能在空間環(huán)境中性能退化問題成為航天器通訊組件研究中的重點問題。

太空中無所不在的輻照(伽馬射線、電子、粒子)對介質材料微波介電性能的退化有著重要的影響，這也是當前介質材料在空間中應用的必須考慮的影響因素。介質材料根據(jù)材料分類可分為陶瓷介質材料和聚合物基介質材料。輻射作用于陶瓷材料，激發(fā)出的一部分弗倫克爾缺陷會停留在介質層內部，引起電離輻射總劑量效應，導致材料介電損耗增大、電阻率下降。輻射作用于聚合物，會引起老化失效、交聯(lián)，降解，氧化以及脫去基團等多種反應，嚴重影響材料的電學性能和力學性能。這些性能上的變化都可以通過精確測試微波介質材料介電性能與輻照劑量之間的關系進行標定，這也是評估介質材料介電性能退化的主要手段。

傳統(tǒng)的可以精確測試微波介電性能的方法主要為諧振法，代表性的方法有介質諧振器法、同軸表面波諧振器法、分離諧振器法等。采用這些方法測試時，介質材料放置于金屬腔體內部，通過放入樣品前后諧振腔體諧振性能的變化計算出材料的微波介電性能。測試過程中金屬腔體屏蔽(阻礙)了外場(電場、輻照等)對介質材料的影響，這也就意味這采用以上介電性能測試方法時，不能實時測試輻照對材料介電性能的影響。因此，受制于現(xiàn)有的測試方法，如研究輻照對介質材料介電性能的影響，通常是將輻照處理后的樣品取出，采用上述的測試方法進行測試，屬于靜態(tài)測試方法，不符合介質材料的空間應用場景。而輻照過程中，材料的介電性能與輻照強度、劑量有著實時的變化關系，呈現(xiàn)出動態(tài)的變化。如何模擬空間輻照環(huán)境，在輻照條件下動態(tài)實時測試介質材料微波介電性能成為行業(yè)的難點。

為了解決介電性能實時測試的問題，有研究者將介質材料作為介質基板，采用天線結構現(xiàn)實進行測試，將天線置于輻照環(huán)境中，通過分析天線性能與輻照之間的變化關系推算介質材料的性能變化，但天線表面必然存在的金屬導電層會對測試結果有影響，測試精度較低。同時，網(wǎng)絡分析儀僅耐受40V的直流電壓，不采用特殊的防護措施時，如施加高能電子束時，有可能造成介質放電擊穿，導致價格昂貴的網(wǎng)絡分析儀擊穿損壞，進一步限制了該方法的實用性。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可實現(xiàn)對被測樣品進行實時輻射不會造成損傷或損失，而且操作方便、結構簡單、價格低廉、測試準確度較高、測試速度快的適用于輻照條件下的微波介質材料微波介電性能實時測試方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供技術方案如下：

一種輻照條件下介質材料微波介電性能測試方法，包括網(wǎng)絡分析儀、準光腔、筆記本、輻射源、測試系統(tǒng)控制軟件。采用的是準光腔測試系統(tǒng)，在準光腔測試系統(tǒng)的基礎上增加了輻射源設備，通過控控制輻射源對被測樣品發(fā)射輻射粒子模擬太空輻射環(huán)境，利用準光腔實時測試樣品在不同輻射劑量或強度條件下的微波介電性能。